CN110737089A - 一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法及系统，该方法包括：用电子枪发射电子光束；透过纳米全息衍射图进行立方相位调制；通过磁透镜，对电子束能够进行傅里叶调制，得到艾里电子束；将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束；使用啁啾发生器对艾里涡旋电子束进行调制，用射频信号对电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；通过调整强度调制器中的直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾；将电子束打入未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。本发明节省成本，能够很好的控制波束的发生。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法及系统。
背景技术
关于激光与等离子体的相互作用一直以来都是等离子体物理的重要组成部分。早在1957年，Bernstein就提出了一系列的在无碰撞的等离子体中的电磁波。随后许多科学家便开始了在电子等离子体波的探索。在1990年，Bantikassegn等人就研究了在顺磁等离子体中的新型慢电磁波。在2010年，Alessandro等人也研究了一种艾里等离子体波，是一种无衍射的表面波。而在2016年，Li Hehe等人提出了艾里电子等离子体波。这一系列的研究成果，也吸引了许多学者继续在电子等离子体波的领域深入研究。
啁啾是频率随时间增加(正啁啾)或减少(负啁啾)的信号。啁啾因子对脉冲光束传播的影响以及啁啾脉冲高斯光束在湍流大气中的光谱特性在近几年都被研究过。当光束在不同介质中传播时，啁啾已应用于相位调制，并且啁啾脉冲放大技术用于产生超高峰值功率脉冲。能量啁啾电子束也可以应用于高功率飞秒X射线脉冲的发生。
而艾里涡旋光束也是现在学者重点研究的对象，并且取得了一系列的成果。如艾里高斯涡旋光束、径向和方位角极化的啁啾艾里涡旋光束等。
现有技术中产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法一般成本高，效率低。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法及系统。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一方面，本发明提供一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法，包括如下步骤：
用电子枪发射电子光束；
透过一个纳米全息衍射图，该纳米全息衍射图具有立方相位调制的作用；
通过一系列的磁透镜，对电子束能够进行傅里叶调制，最后得到艾里电子束；
将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束；
使用啁啾发生器对艾里涡旋电子束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；
通过调整强度调制器中的直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾；
将该电子束打入未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。
进一步地，纳米全息衍射图进行立方相位调制具体为：
在波的方程上加
然后将全息图设计成一个二元的衍射光栅，遵循此形状，
所以通过这种方法这个立方相位就搭载在载波频率上；其中，x代表x轴方向，y代表y轴方向，cx是x轴方向相位因子，cy是y轴方向相位因子，Λ是这个载波的周期，S0是二元相位掩模的脊高，D是任意占空比因子。
进一步地，二元掩模通过聚焦离子束仪制作，并且能够对电子书的相位和振幅进行控制。
另一方面，本发明还提供一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的系统，包括：
电子枪，用于发射电子光束；
纳米全息衍射图，用于透过电子光束进行立方相位调制的作用；
磁透镜，用于对电子束能够进行傅里叶调制，得到艾里电子束；
二元掩模，用于将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束；
啁啾发生器，用于对艾里涡旋电子束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；
强度调制器，用于通过调整直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾；
电子等离子体，用于将该电子束打入未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。
进一步地，纳米全息衍射图进行立方相位调制具体为：
在波的方程上加
然后将全息图设计成一个二元的衍射光栅，遵循此形状，所以通过这种方法这个立方相位就搭载在载波频率上；其中，x代表x轴方向，y代表y轴方向，cx是x轴方向相位因子，cy是y轴方向相位因子，Λ是这个载波的周期，S0是二元相位掩模的脊高，D是任意占空比因子。
进一步地，二元掩模通过聚焦离子束仪制作，并且能够对电子书的相位和振幅进行控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明采用了新型的啁啾发生器，节省成本，提高了效率，能够很好的控制波束的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法的流程图；
图2是本发明叉状位错全息衍射图；
图3是本发明啁啾艾里一阶涡旋电子等离子体波在a＝b＝0.1时的强度分布；(a1)-(a4)、(b1)-(b4)、(c1)-(c4)、(d1)-(d4)分别是啁啾因子β＝0.1、β＝0.5、β＝1、β＝2时在不同传播距离处横截面的强度分布图；
图4是本发明啁啾艾里二阶涡旋电子等离子体波在a＝b＝0.1时的强度分布。(a1)-(a4)、(b1)-(b4)、(c1)-(c4)、(d1)-(d4)分别是啁啾因子β＝0.1、β＝0.5、β＝1、β＝2时在不同传播距离处横截面上的强度分布图；
图5是本发明产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法，包括：
首先，用电子枪发射电子光束，透过一个纳米全息衍射图，该衍射图具有立方相位调制的作用，即在波的方程上加
然后将全息图设计成一个二元的衍射光栅，遵循此形状，
所以通过这种方法这个立方相位就搭载在载波频率上。其中，x代表x轴方向，y代表y轴方向，cx是x轴方向相位因子，cy是y轴方向相位因子，Λ是这个载波的周期。S0是二元相位掩模的脊高。D是任意占空比因子。然后通过一系列的磁透镜，对电子书能够进行傅里叶调制，最后得到艾里电子束。再将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束。这样的掩模可以通过聚焦离子束仪制作，并且能够对电子书的相位和振幅进行控制。随后，使用新型的啁啾发生器对艾里涡旋电子束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号。通过调整强度调制器中的直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾。用场发射枪透射电子显微镜就可以看到该波的强度分布。最后，将该电子束打入我们构造的未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。
实施例2
如图5所示，本发明还提供一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的系统，包括：
电子枪，用于发射电子光束；
纳米全息衍射图，用于透过电子光束进行立方相位调制的作用；
磁透镜，用于对电子束能够进行傅里叶调制，得到艾里电子束；
二元掩模，用于将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束；
啁啾发生器，用于对艾里涡旋电子束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；
强度调制器，用于通过调整直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾；
电子等离子体，用于将该电子束打入未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。
具体地，纳米全息衍射图进行立方相位调制具体为：
在波的方程上加
然后将全息图设计成一个二元的衍射光栅，遵循此形状，
所以通过这种方法这个立方相位就搭载在载波频率上；其中，x代表x轴方向，y代表y轴方向，cx是x轴方向相位因子，cy是y轴方向相位因子，Λ是这个载波的周期，S0是二元相位掩模的脊高，D是任意占空比因子。
具体地，二元掩模通过聚焦离子束仪制作，并且能够对电子书的相位和振幅进行控制。
本发明将啁啾、涡旋、艾里光束结合起来，在等离子体中激发得到啁啾艾里涡旋电子等离子体波，并在本专利中得到了该波的函数表达通式，并且对其在横截面的强度分布、相位分布、角动量密度进行了深入的分析。
本发明采用了新型的啁啾发生器，节省成本，提高了效率，能够很好的控制波束的发生。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法，其特征在于，包括如下步骤：
用电子枪发射电子光束；
透过一个纳米全息衍射图，该纳米全息衍射图具有立方相位调制的作用；
通过一系列的磁透镜，对电子束能够进行傅里叶调制，最后得到艾里电子束；
将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束；
使用啁啾发生器对艾里涡旋电子束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；
通过调整强度调制器中的直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾；
将该电子束打入未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。
2.根据权利要求1所述的产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法，其特征在于，纳米全息衍射图进行立方相位调制具体为：
在波的方程上加然后将全息图设计成一个二元的衍射光栅，遵循此形状，
所以通过这种方法这个立方相位就搭载在载波频率上；其中，x代表x轴方向，y代表y轴方向，cx是x轴方向相位因子，cy是y轴方向相位因子，Λ是这个载波的周期，S0是二元相位掩模的脊高，D是任意占空比因子。
3.根据权利要求1所述的产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的方法，其特征在于，二元掩模通过聚焦离子束仪制作，并且能够对电子书的相位和振幅进行控制。
4.一种产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的系统，其特征在于，包括：
电子枪，用于发射电子光束；
纳米全息衍射图，用于透过电子光束进行立方相位调制的作用；
磁透镜，用于对电子束能够进行傅里叶调制，得到艾里电子束；
二元掩模，用于将产生的艾里电子束通过印有叉状位错纳米光栅的全息衍射图的二元掩模产生相位涡旋，得到艾里涡旋电子束；
啁啾发生器，用于对艾里涡旋电子束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该电子束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；
强度调制器，用于通过调整直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾；
电子等离子体，用于将该电子束打入未磁化无碰撞的电子等离子体中，引起相应的电子扰动，得到啁啾艾里电子等离子体波。
5.根据权利要求4所述的产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的系统，其特征在于，纳米全息衍射图进行立方相位调制具体为：
在波的方程上加然后将全息图设计成一个二元的衍射光栅，遵循此形状，
所以通过这种方法这个立方相位就搭载在载波频率上；其中，x代表x轴方向，y代表y轴方向，cx是x轴方向相位因子，cy是y轴方向相位因子，Λ是这个载波的周期，S0是二元相位掩模的脊高，D是任意占空比因子。
6.根据权利要求4所述的产生啁啾艾里涡旋电子等离子体波的系统，其特征在于，二元掩模通过聚焦离子束仪制作，并且能够对电子书的相位和振幅进行控制。
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